一種模／數混合型FIR噪聲濾波器設計

摘要：針對現有數字FIR噪聲濾除技術的噪聲放大問題，結合模擬電路的方法，提出一種新的混合型FIR噪聲濾波技術。該方法采用電荷泵將鎖相環中數字控制的相位誤差轉換為模擬域電荷，調制器的輸出經過一個寄存器鏈實現一個或數個時鐘周期的延時，從中選出若干抽頭分別去控制對應的分頻器或相位選擇器，從而量化所產生的經過各支路鑒相器的瞬時相位誤差，在一個多輸入電荷泵中合成為模擬域誤差電荷，通過提供恒定單位直流增益，解決現有數字FIR噪聲濾除技術的噪聲放大問題，這種新型的濾波器具有如下特點：離散時間域工作，模擬失配不敏感，有助于提高線性度，額外硬件開銷小。
關鍵詞：FIR濾波；△-∑調制；鎖相環；量化噪聲

0 引言
一般的相位反饋系統中使用鎖相環通過分頻器的比例關系，可以輸出一個頻率是輸入參考信號N倍的時鐘。由于傳統結構的分頻比只能是整數限制，使得頻率分辨率直接取決于輸入信號頻率?！?∑分數鎖相環通過采用數字調制，實現了分數分頻比，從而可以提供更高精度的頻率分辨率，這為時鐘信號的產生和頻率規劃帶來更大的靈活性。然而，△-∑調制器的使用也引入了量化噪聲，在低過采樣率的環路中限制了帶外相位噪聲性能，需要加以解決。現有的量化噪聲抑制技術仍然需要較大的硬件代價，并設法減小失配等非理想因素才能得到比較好的性能。由此可見，數字FIR噪聲濾除技術具有結構簡單，可靠性高的優點，但存在噪聲增益問題。目前針對這一問題還投有很好的解決辦法，本文結合模擬和數字實現各自的優點，設計出一種混合型FIR噪聲濾波技術，該技術能有效地解決上述問題。

1 電路設計原理
混合型FIR噪聲濾除電路的結構設計如圖1所示。在△-∑鎖相環或△-∑延時鎖定環中，鑒相器輸入端的2個信號之間存在受調制器控制的瞬時相位誤差，電荷泵將這個數字控制的相位誤差轉換為模擬域電荷。為了實現對量化噪聲的FIR濾波功能，結構中采用了多個鑒相器并聯的形式。△-∑調制器的輸出并不像傳統結構中直接去控制分頻器或相位選擇器實現量化操作，而是經過一個寄存器鏈實現一個或數個時鐘周期的延時，并從中選出若干抽頭分別去控制對應的分頻器或相位選擇器，量化所產生的瞬時相位誤差經過各支路鑒相器后在一個多輸入電荷泵中合成為模擬域誤差電荷。

該結構對應的S域和Z域混合模型如圖2所示。經過推導可以得到電荷泵的輸出為：